Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dungThiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp Aceton – Benzen.Các số liệu ban đầu: Năng suất tính theo hỗn hợp đầu GF = 8,35 tấngiờ. Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:+ Hỗn hợp đầu: aF = 0,3 phần khối lượng.+ Sản phẩm đỉnh: aP = 0,98 phần khối lượng.+ Sản phẩm đáy: aW = 0,02 phần khối lượng. Tháp làm việc ở áp suất thường Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
BỢ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA HĨA CƠNG NGHỆ ĐỒ ÁN MƠN HỌC Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực Ngành học Lớp Nội dung đồ án : Nguyễn Văn Hồn : Nguyễn Thị Canh : Cơng nghệ hóa : Hóa 1K10 : Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tác hỗn hợp Aceton – Benzen Hà Nội 2016 BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HỒ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ Số : ………………… Họ tên HS-SV : Nguyễn Thị Canh Lớp : CĐ ĐH Hố Khố: 10 Khoa : Cơng nghệ Hố Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Hồn Nội dung Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp Aceton – Benzen Các số liệu ban đầu: - Năng suất tính theo hỗn hợp đầu GF = 8,35 tấn/giờ - Nồng độ cấu tử dễ bay trong: + Hỗn hợp đầu: aF = 0,3 phần khối lượng + Sản phẩm đỉnh: aP = 0,98 phần khối lượng + Sản phẩm đáy: aW = 0,02 phần khối lượng - Tháp làm việc áp suất thường - Hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sơi TT Tên vẽ Vẽ dây chuyền sản xuất Vẽ tháp chưng luyện Khổ giấy A4 A0 Số lượng 01 01 PHẦN THUYẾT MINH Ngày giao đề : ……………………… Ngày hồn thành : …………………… TRƯỞNG KHOA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN MỤC LỤC Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 LỜI GIỚI THIỆU Trong thực tế, sử dụng nhiều dạng hoá chất khác nhau: hỗn hợp nhiều chất hay đơn chất tinh khiết Nhu cầu loại hoá chất tinh khiết lớn Quá trình đáp ứng phần độ tinh khiết theo yêu cầu chưng cất: trình tách cấu tử hỗn hợp lỏng – lỏng, hay hỗn hợp lỏng – khí thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác chúng Và hệ Acetone – Benzen, điểm đẳng phí nên đạt độ tinh khiết theo yêu cầu nhờ trình chưng cất Nhiệm vụ thiết kế: tính toán hệ thống chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp hai cấu tử : Acetone – Benzen với số liệu sau đây: Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: GF = 8,35 tấn/ Nồng độ cấu tử dễ bay trong: - Hỗn hợp đầu: aF = 0,3 phần khối lượng - Sản phẩm đỉnh: aP = 0,98 phần khối lượng - Sản phẩm đáy: aW = 0,02 phần khối lượng Tháp làm việc áp suất thường Hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sơi Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG Giới thiệu Aceton Benzen Aceton - Tính chất vật lí: Aceton có cơng thức phân tử: CH3COCH3 Khối lượng phân tử 58đvC Aceton chất lỏng khơng màu sơi 56.10C, tỉ trọng 0.791g/cm3, nhiệt độ đơng đặc -950C tan vơ hạn nước phân cực, dung mơi cho nhiều chất hữu cơ… Nó hòa tan tốt tơ axetat, nitroxenlulozo, nhựa phenol focmandehyt, chất béo, dung mơi pha sơn, mực in đồng - Tính chất hóa học: • Cộng hợp với Natri hidrosunfit: CH3 CH3 COCH3 + NaHSO3 → C CH3 SO3Na CH3 1-metyl-1-hydroxi etan sunfanat natri • Cộng hợp với axit HCN: OH CH3COCH3 + HCN → CH3 • Phản ứng ngưng tụ C CN CH pH =43 – OH CH3-CO-CH3 + HCH2=O → CH3 C O CH2 C CH3 CH3 CH3 4oxy – metyl – 2pentanon • Khơng bị oxi hóa toluen, HNO3,đ, KMnO4…chỉ oxi hóa hỗn hợp KMnO4 +H2SO4 , K2Cr2O4 + H2SO4 bị gãy mạch cacbon Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 • Phản ứng khử hóa: CH3COCH3 + H2 → CH3CH(OH)CH3 • Phản ứng oxi hóa hồn tồn CH3COCH3 + 4CO2 → 3CO2 + 3H2O - Điều chế: • Oxi hóa rượu bậc 2: CH3CH(OH)CH3 → CH3COCH3 +H2O • Theo phương pháp piria: nhiệt phân muối axit cacboxylic (CH3COO)2Ca → CH3COCH3 + CaCO3 • Từ dẫn xuất magie: CH3COCl + CH3MgBr → CH3COCH3 + MgBrCl • Phản ứng kucherov: CH3 – C ≡ CH + H2O CH3COCH3 - Ứng dụng: • Sản xuất sơn nhựa resin Aceton dung mội hào tan tốt nitrocellulose, cellulose acetate, cellulose ether, dung để làm giảm độ nhớt sơn có chất Đặc biệt thích hợp với sản xuất sơn mau khơ • Dược mỹ phẩm Aceton dung làm chất khử thuốc cơng nghiệp mỹ phẩm, sơn nước rửa móng tay • Nén khí Acetylene Aceton khí cơng nghiệp quan trọng khơng thể nén cách hiệu để bảo quản bình hình trụ mà khơng có nguy nổ Aceton hòa tan lượng lớn khí Acetylene • Các ứng dụng khác: Aceton dung ứng dụng sau: Dung mơi tẩy rửa khử nước cho thành phần điện tử Đồng dung mơi cho neoprene, cho acrylic nitrocellulose có xi măng Mực in mau khơ Dung mơi tẩy tẩy rửa khơ Benzen - Tính chất vật lí: Benzen có cơng thức phân tử: C6H6 Khối lượng phân tử 78đvC Benzen hợp chất mạch vòng, dạng lỏng khơng màu có mùi thơm nhẹ sơi 80oC, tỉ trọng (200C): 0,879, nhiệt độ đơng đặc 5,50C Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 Benzen khơng phân cực, tan nước, tan tốt dung mơi hữu khơng phân cực đồng thời dung mơi tốt cho nhiều chất Iơt (I2), lưu huỳnh (S), chất béo … - Tính chất hóa học: Phản ứng : Benzen + Br2 —> brombenzen + khí hiđro bromua C6H5 – H + Br2 C6H5 – Br + HBr Benzen + HNO3 (đặc)—> nitrobenzen (màu vàng nhạt)+ H2O C6H5 – H + HNO3 (đặc) C6H5 – NO2 + H2O Phản ứng cộng : Cộng H2: tạo thành xiclohexan C6H6 + H2 C6H12 Cộng Cl2: tạo thành 6.6.6 C6H6 + Cl2 C6H6Cl6 Phản ứng oxi hóa : Phản ứng oxi hóa khơng hồn tồn : C6H5 –CH3 + KMnO4 C6H5 –COOK + MnO2 + H2O Phản ứng oxi hóa hồn tồn : CnH2n – + O2 n CO2 + (n – 3)H2O - Điều chế: • Đi từ nguồn thiên nhiên Thơng thường hidrocacbon điều chế phòng thí nghiệm, thu lượng lớn phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ… Đóng vòng dehiro hóa ankane Các ankane tham gia đóng vòng dehidro hóa tạo thành hidro cacbon thơm nhiệt độ cao có mặt xúc tác Cr2O3, hay lim loại chuyển tiếp Pd, Pt Cr O / Al O → C6H6 CH3(CH2)4CH3 3 • Dehidro hóa cycloankane Các cycloankane bị dehidro hóa nhiệt độ cao với có mặt xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay dẫn xuất cảu benzen Pt / Pd C6H12 → C6H6 Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 • Đi từ acetylen Đun acetane có mặt cảu xúc tác than hoạt tính hay phức niken Ni(CO)[(C6H5)P] thu benzen xt 3C2H2 → C6H6 • Tam hợp axetilen 3CH≡CH → C6H6 - Ứng dụng: • Benzen có vai trò quan trọng thực tế, ngun liệu để sản xuất loại thuốc trừ sâu, thuốc kháng sinh , chất kích thích tăng trưởng vơ số ứng dụng khác đời sống, người ta sử dụng benzen sản xuất nước hoa, phẩm nhuộm , keo dán trước dùng benzen thức ăn, tính chất độc hại vòng benzen nên việc bị ngăn cấm • Dùng điều chế nitro benzen, anilin, tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm , • Clobenzen dung mơi tổng hợp DDT, hexacloaran (thuốc trừ sâu) Stiren (monome để tổng hợp chất dẻo) nhiều sản phẩm quan trọng khác • Benzen dùng làm dung mơi tốt cho nhiều chất Iơt (I2), lưu huỳnh (S), chất béo … • Nguồn cung cấp Benzen cho cơng nghiệp nhựa chưng cất, than đá, hexan toluen dầu mỏ Khi nung than béo nhiệt độ cao để luyện than cốc nhựa than đá Trong nhựa than đá có chứa nhiều chất hữu khác chưng cất phân đoạn thu Benzen • Cả Acetơn Benzen đóng vai trò quan trọng cơng nghiệp hóa học Công nghệ chưng cất hỗn hợp Acetone –Benzen : Ta có Acetone chất lỏng tan vô hạn nước nhiệt độ sôi Acetone ( 56,1°C 760 mmHg) Benzen ( 80,1°C 760 mmHg) : cách xa nên phương pháp hiệu để thu Acetone tinh khiết chưng cất phân đoạn dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp Chọn loại tháp chưng cất phương pháp chưng cất : Chưng cất trình phân tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào khác độ bay chúng ( hay nhiệt độ sôi ), cách lặp lặp lại nhiều lần trình bay – ngưng tụ, vật chất từ pha lỏng vào pha ngược lại Đối với chưng cất ta có hai phương pháp thực : Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 Chưng cất đơn giản (dùng thiết bò hoạt động theo chu kỳ): Phương pháp sử dụng trường hợp sau : Khi nhiệt độ sôi cấu tử khác xa Khi không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử Chưng cất liên tục hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bò hoạt động liên tục): trình thực liên tục, nghòch dòng, nhiều đoạn Ngoài có thiết bò hoạt động bán liên tục Trong trường hợp này, sản phẩm Acetone – với yêu cầu có độ tinh khiết cao sử dụng , cộng với hỗn hợp Acetone – Benzen hỗn hợp điểm đẳng phí nên chọn phương pháp chưng cất liên tục hiệu Chọn loại tháp chưng cất : Có nhiều loại tháp sử dụng, có chung yêu cầu diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào độ phân tán lưu chất vào lưu chất Ta khảo sát hai loại tháp chưng cất thường dùng tháp đóa tháp đệm: Tháp đóa gồm thân tháp hình trụ, thẳng đứng, phía có gắn đóa có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha cho tiếp xúc với Gồm có: đóa chóp, đóa lỗ (có ống chảy chuyền ống chảy chuyền) Thường sử dụng đóa chóp Tháp đệm tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Vật đệm đổ đầy tháp theo hay hai phương pháp : xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự Ưu nhược điểm loại tháp: Tháp đệm Tháp đĩa lỗ Tháp chóp - Cấu tạo đơn giản - Trở lực tương đối - Khá ổn định - Trở lực thấp thấp - Hiệu suất cao Ưu - Làm việc với chất - Hiệu suất cao điểm lỏng bẩn dùng đệm cầu có ρ ≈ ρ chất lỏng Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 Nhược điểm - Do có hiệu ứng thành → hiệu suất truyền khối thấp - Độ ổn định khơng cao, khó vận hành - Do có hiệu ứng thành → tăng suất hiệu ứng thành tăng → khó tăng suất - Thiết bị nặng nề - Khơng làm việc - Có trở lực lớn với chất lỏng - Tiêu tốn nhiều bẩn vật tư, kết cấu - Kết cấu phức phức tạp tạp Chọn loại tháp đệm để thực trình chưng cất ưu điểm sau: Cấu tạo đơn giản Trở lực thấp Tuy nhiên tháp đệm có nhược điểm là: Hiệu suất thấp Độ ổn đònh Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 10 N= H Q.ρ g , kw 1000.η [I – 439] Trong đó: + Q: Năng suất bơm, m3/s F 8350 = = 2,9.10 −3 m3/s Q= ρ 3600.797,89 + ρ: Khối lượng riêng chất lỏng, ρ = 797,89 kg/m3 + g: Gia tốc trọng trường, (m/s2) + H: Áp suất tồn phần bơm, m H = 7,04 m + η: Hiệu suất chung bơm η = η0.ηck.ηtl Trong đó: + η0: Hiệu suất thể tích tính đến hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp chất lỏng dò qua chổ hở bơm + ηtl: Hiệu suất thủy lực , tính đến ma sát tạo dòng xốy bơm + ηck: Hiệu suất khí tính đến ma sát khí ổ bi, lót trục Hiệu suất tồn phần η phụ thuộc vào loại nơm suất Chọn bơm li tâm Theo bảng II.32 [I- 439] ta có: η0 = 0,85÷0,96 Chọn η0 = 0,92 ηtl = 0,8÷0,85 Chọn ηtl = 0,85 ηck = 0,92÷0,96 Chọn ηck = 0,94 ⇒ η = 0,92.0,85.0,94 = 0,735 7,04.2,9.10 −3.797,89.9,81 N= = 0,22 Kw ⇒ 1000.0,735 *: Cơng suất động cơ: N đc = N , Kw η tr η đc [I- 439] Trong đó: + N: Cơng suất trục bơm , kw + ηtr: Hiệu suất chuyền động , Chọn ηtr = + ηđc: Hiệu suất động điện , Chọn ηđc = 0,8 ⇒ N đc = 0,22 = 0,28 kw 1.0,8 Thường ta chọn động điện có cơng suất lớn so với cơng suất tính tốn: NđcC = β.Nđc β: Hệ số dự trữ cơng suất β = 2÷1,5 Chọn β = ⇒ NđcC = 2.0,28 = 0,56 kw Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 71 PHẦN IV:TÍNH TỐN CƠ KHÍ I/ Tính chiều dày thân tháp: Thân hình trụ phận chủ hiếu để tạo thành thiết bị hóa chất Tùy theo điều kiện ứng dụng làm việc mà ta lựa chọn vật liệu, kiểu đặt phương pháp chế tạo Theo điều kiện đề tháp làm việc áp suất thường, nhiệt độ khơng cao ( tF = 67,69 0C), dung dịch khơng phải loại ăn mòn kim loại nên ta chọn loại vật liệu thép CT3 Thân thiết bị tạo cách uốn vật liệu với kích thước xác định, sau ghép mối hàn lại Thân chia làm nhiều đoạn nối với mặt bích Với u cầu thiết kế tháp đệm nên ởÛ đoạn đệm - dọc đường sinh tháp ta bố trí có hai cửa để nhập đệm tháo đệm, vệ sinh tháp; đường kính cửa φ150 Khi chế tạo thân hình trụ, hàn cần ý điểm sau: + Đảm bảo đường hàn ngắn tốt + Bố trí mối hàn vị trí dễ quan sát, mối hàn phải kín + Khơng khoan lỗ qua mối hàn 1/ Tính bề dày thân hình trụ hàn, thẳng đứng, làm việc với áp suất bên - Chiều dày thân hình trụ làm việc áp suất bên P xác định theo cơng thức: S= Dt P +C 2[δ ].ϕ − P [II- 360] Trong đó: + Dt: Đường kính tháp, m + ϕ: Hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc + C: Hệ số bổ sung ăn mòn, mài mòn dung sai âm chiều dày(m) +P: Áp suất thiết bị (N/m2) [δ]: Ứng suất cho phép a/ Áp suất thiết bị P Mơi trường làm việc hỗn hợp lỏng nên áp suất làm việc tổng áp suất (Pmt) áp st thủy tĩnh (P1) cột chất lỏng P = Pmt +P1 [ II – 367] Trong đó: - Áp suất thủy tĩnh xác định theo cơng thức: P1 = ρ1.g.H1 , N/m2 [II- 360] + H1: Chiều cao cột chất lỏng, m ( Lấy chiều cao tháp) Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 72 H1 = 10,8 m + ρ1: Khối lượng riêng trung bình chất lỏng L C ρ xtb + ρ xtb 774,68 + 805,01 ρ1 = = = 789,845 (kg/m3) 2 ⇒ P1 = 789,845.9,81.10,8 = 83682,5 (N/m2) + Áp suất Pmt = Pa = 9,81.104 N/m2 ⇒ P = 9,81.104 + 83682,5 = 181782,5 (N/m2) b/ Ứng suất cho phép: * Để tính tốn sức bền thiết bị - Chọn vật liệu loại thép Cacbon CT3, hình trụ + Ứng suất cho phép thép theo giới hạn bền kéo δ k [δk]= n η , N/m2 [II- 355] k + Ứng suất cho phép thép theo giới hạn bền chảy δ c [δc]= n η , N/m2 [II- 355] c Trong đó: + η: Hệ số hiệu chỉnh Theo bảng XIII.2 [II- 356] loại thiệt bị thuộc nhóm loại II Giá trị hệ số hiệu chỉnh η = [ II- 356] + nk, nc: Hệ số an tồn kéo chảy nk = 2,6 nc = 1,5 [II- 356] +: δk, δc: Giới hạn bền kéo chảy, N/m δk = 380.106 N/m2 δc = 240.106 N/m2 380.10 [δ K ] = = 146,15.10 N/m 2,6 ⇒ [δ C ] = 240.10 1,5 = 160.10 N/m2 Để đảm bảo bền ta lấy giá trị ứng suất cho phép ứng suất nhỏ ứng suất [δ]= [δk] = 146,15.106 N/m2 + ϕ: Hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc, ϕ = 0,95 Lập tỉ số [δ ] ϕ = 146,15.10 0,95 = 763,8 > 50 P 181782,5 nên bỏ qua đại lượng P mẫu cơng thức tính chiều dày [II- 360] c/ Đại lượng bổ sung: Được xác định theo cơng thức: C = C1 + C2 + C3 (m), [II- 363] + C1: Đại lượng bổ sung ăn mòn Với thép CT3 vận tốc gỉ 0,06mm/năm, thời gian làm việc từ 15 đến 20 năm nên ta chọn C1 = 1mm Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 73 + C2: Bổ sung bào mòn trường hợp nhiên liệu chứa hạt rắn chuyển động với vận tốc lớn thiết bị Chon C2 = + C3: Đại lượng bổ sung dung sai, phụ thuộc vào chiều dày thép Chọn C3 = 0,8mm ⇒ C = + 0,8 = 1,8 (mm) d/ Chiều dày thân tháp: S= Dt P 1,6.181782,5 +C = + 1,8.10 −3 = 2,85.10 −3 (m) = 2,85 (mm) 2[δ ].ϕ 2.146,15.10 6.0,95 Ta quy chuẩn chọn chiều dày tháp S = mm = 5.10-3 (m) - Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử cơng thức: δ= [ Dt + ( S − C )].P0 2( S − C ).ϕ ≤ δc 1,2 N/m2 [II- 365] Với áp suất thử tính tốn P0 xác định theo cơng thức P0 = Pth +P1 , N/m2 + Pth: Áp suất thử thủy lực Pth =1,5P = 1,5.181782,5 = 272673,75 (N/m2) + P1 = 83682,5 (N/m2) ⇒ P0 = 272673,75 + 83682,5 = 356356,25 (N/m2) Thử điều kiện: [1,6 + (0,005 − 1,8.10 )].356356,25 = 93,97.10 δ= −3 2(0,005 − 1,8.10 −3 ).0,95 240.10 ≤ = 200.10 (N/m2) 1,2 Thỏa mãn điều kiện bền Vậy chiều dày tháp S = mm II/ Tính đường kính ống dẫn Chọn vật liệu ống dẫn loại vật liệu tháp CT3 Đường kính ống dẫn cửa vào thiết bị xác định từ phương trình lưu lượng d= V 0,785.w [I – 369] Trong đó: w: Vận tốc trung bình , m/s V: Lưu lượng thể tích, m3/s V = gđ ρ gđ: Lưu lượng dòng pha, kg/s ρ: Khối lượng riêng trung bình dòng pha, kg/m3 1/ Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh Ống dẫn sản phẩm đỉnh ống nối nắp tháp thiết bị ngưng tụ Khí khỏi tháp hỗn hợp với nồng độ cấu tử dễ bay y = xP = 0,98 phần khối lượng có t = tP = 56,51 0C - Khối lượng riêng đỉnh tháp: Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 74 ρđ = [ ytb1 M A + (1 − ytb1 ).M B ] 273 = 22,4.T MP 58,3 273 = 273 = 2,16 22,4.T 22,4.(273 + 56,51) (kg/m ) + gđ = 12706,85 kg/h V= ⇒ gđ 12706,85 = = 1,634 , (m3/s) 3600.ρ đ 3600.2,16 - Tháp làm việc áp suất thường q nhiệt Chọn w= 25 m/s ⇒d= V 1,634 = = 0,288 (m) = 288 (mm) 0,785.w 0,785.25 Quy chuẩn chọn d = 300mm Theo bảng XIII.32 [II- 434] Chiều dài ống nối l = 140mm 2/ Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh V = GR ρR Trong đó: + GR: Lượng lỏng hồi lưu GR = 10296,14 (Kg/h) + ρR: Khối lượng riêng sản phẩm đỉnh hồi lưu t = tP = 56,51 0C Ta có: a − aP = P + ρR ρ A ρB Tại = 56,51 0C ta có: + ρA = 749,84 kg/m3 + ρB = 839,84 kg/m3 0,98 − 0,98 = + ρ R 749,84 839,84 ⇒ ρR = 751,45 (kg/m ) ⇒ - Lưu lượng thể tích ngưng tụ: V= GR 10296,14 = = 3,8.10 −3 (m3/s) ρ R 3600.751,45 - Chọn tộc độ ngưng tụ hồi lưu w = 0,3 m/s ⇒ Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh: V 3,8.10 −3 d= = = 0,127 (m) = 127 (mm) Quy chuẩn d = 150 mm 0,785.w 0,785.0,3 Theo bảng XIII.32 [II- 434] Chiều dài ống nối l = 130 mm 3/ Đường kính ống dẫn ngun liệu đầu - Lưu lương hỗn hợp đầu vào tháp: V = F ρF m3/s Trong đó: + F = 8350 kg/h + ρ: Khối lượng riêng hỗn hợp đầu t = tF = 67,69 0C a 1− a F F Ta có: ρ = ρ + ρ F B A Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 75 Tại tF = 67,69 0C ta có: ⇒ ρF = 797,89 (kg/m3) ⇒ V= F 8350 = = 2,91.10 −3 (m3/s) ρ F 3600.797,89 - Để chất lỏng tự chảy Chọn w = 0,2 m/s [I – 370] V 2,91.10 −3 = = 0,136 (m) = 136 (mm) ⇒ d= 0,785.w 0,785.0,2 Quy chuẩn d = 150 mm Theo bảng XIII.32 [II- 434] Chiều dài đường ống l = 130 mm 4/ Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: - Sản phẩm đáy hỗn hợp lỏng tự chảy nên tra bảng vận tốc II- [I – 370] ta có w = 0,1÷0,5 m/s - Lượng sản phẩm đáy: Gw = 5948,15 kg/h - Nồng độ sản phẩm đáy xw = 0,027 phần mol, aw = 0,02 phần khối lượng - Nhiệt độ hỗn hợp đáy: t0 = tw = 79,13 0C - Khối lượng riêng sản phẩm đáy: a − aw = w + ρw ρ A ρB Tại t = 79,13 0C ta có: ⇒ + ρA = 720,17 kg/m3 + ρB = 815,91 kg/m3 [I -9] 0,02 − 0,02 = + ⇒ ρw = 813,75 kg/m3 ρ w 720,17 815,91 - Lưu lượng thể tích sản phẩm đáy: G 5948,15 V = w = = 2,03.10 −3 (m3/s) ρ w 3600.813,75 - Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: Chọn w = 0,2 m/s ⇒ d= V 2,03.10 −3 = = 0,114 (m) = 114 (mm) 0,785.w 0,785.0,2 Quy chuẩn d = 125 mm Theo bảng XIII.32 [II- 434] Chiều dài đoạn ống nối l = 120 mm 5/ Đường kính ống hồi lưu sản phẩm đáy: d= V 0,785.w [ I- 369] - Lượng sản phẩm đáy hồi lưu: g1’= 16491,15 kg/h - Hỗn hợp hồi lưu đáy hỗn hợp có xw = 0,027 phần mol, aw = 0,02 phần khối lượng - Nhiệt độ hỗn hợp đáy t0 = tw = 79,13 0C - Khối lượng riêng hỗn hợp đáy tháp Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 76 ρđ = [ y w M A + (1 − y w ).M B ] 273 = ⇒ MW 77,46 273 = 273 = 2,68 (kg/m3) 22,4.T 22,4.(273 + 79,13) 22,4.T V= g1, 16491,15 = = 1,71 (m3/s) ρ đ 3600.2,68 - Chọn tốc độ sản phẩm đáy hồi lưu w = 20 m/s ⇒ Đường kính ống sản phảm đáy hồi lưu: V 1,71 = = 0,33 (m) = 330 mm 0,785.w 0,785.20 d= Quy chuẩn d = 350 mm Theo bảng XIII.32 [II- 434] Chiều dài đoạn ống nối l = 150 mm III/ Tính đáy nắp thiết bị: Đáy nắp tháp phận quan trọng thiết bị chế tạo vật liệu với thân tháp CT3 Vì tháp làm việc áp suất thường thân trụ hàn nên chọn đáy nắp thiết bị hình elip có gờ Chiều dày đáy nắp tháp xác định theo cơng thức: S= Dt P D t + C (m) 3,8.[δ ].K ϕ h − P 2.hb Trong đó: + hb: Chiều cao phần lồi đáy Tra bảng XIII.10[II – 382] ta có hb = 400 mm + ϕh: Hệ số bền mối hàn hướng tâm Chọn nắp hàn từ nửa tâm, hàn điện hai phía tay Tra bảng XIII.8 [II – 362] ta có ϕh = 0,95 +K: Hệ số khơng thứ ngun xác dịnh theo cơng thức K = 1− d Dt [II- 385] +d: Đường kính lớn lỗ khơng tăng cứng - Đối với nắp tháp có đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh d = 300 mm Kn = 1− d 0,3 = 1− = 0,8125 Dt 1,6 - Đối với đáy tháp có đường kính ống tháo sản phẩm đáy d = 125 mm Kđ = 1− d 0,125 = 1− = 0,922 Dt 1,6 + P: Áp suất làm việc, P = 181782,5 (N/m2) Ta có [δk] = 146,15.106 N/m2 Xét tỉ số [δ k ].K ϕ h * Ở nắp tháp ta có : P [δ k ].K n ϕh P = 146,15.10 6.0,8125.0,95 = 620,6 >30 181782,5 Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 77 ⇒ Có thể bỏ qua P mẫu cơng thức tính chiều dày đáy nắp tháp [II – 385] [δ k ].K đ ϕ h = 146,15.106.0,922.0,95 = 704,2 * Ở đáy tháp ta có : >30 P 181782,5 ⇒ Có thể bỏ qua P mẫu CT tính chiều dày đáy nắp tháp [II – 385] Vậy : - Chiều dày nắp tháp: S= Dt P 3,8.[δ ].K n ϕh Dt 1,6.181782,5 1,6 +C = + 1,8.10 −3 2.hb 3,8.146,15.10 0,8125.0,95 2.0,4 = 1,36.10-3 +1,8.10-3 = 3,16.10-3 (m) = 3,16 mm Ta thấy S – C [...]... liệu của tháp chưng luyện loại tháp đệm (5) Trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với hơi được tạo thành ở thiết bị đun sơi đáy tháp (9) đi từ dưới lên, tại đây xảy ra q trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần Theo chiều cao của tháp, càng lên cao thì nhiệt độ càng thấp nên khi hơi đi qua các tầng đệm từ dưới lên, cấu tử có nhiệt độ sơi cao sẽ ngưng tụ Q trình tiếp xúc lỏng – hơi trong tháp diễn... khối lượng của Aceton trong hỗn hợp đầu - aP: Nồng độ phần khối lượng của Aceton trong sản phẩm đỉnh - aw: Nồng độ phần khối lượng của Aceton trong sản phẩm đáy - xF: Nồng độ phần mol của Aceton trong hỗn hợp đầu - xP: Nồng độ phần mol của Aceton trong sản phẩm đỉnh - xw: Nồng độ phần mol của Aceton trong sản phẩm đáy - MA: Khối lượng phân tử của Aceton - MB: Khối lượng phân tử của Benzen - µ: Độ nhớt,... luyện hỗn hợp Aceton và Benzen thì cấu tử dễ bay hơi là Aceton Aceton : C3 H 6O ⇒M A = 58 g / mol Hỗn hợp: C H ⇒M = 78 g / mol B 6 6 Giả thiết: - Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của tháp Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 13 - Số mol chất lỏng khơng thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn luyện - Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt... riªng trung b×nh ®èi víi pha láng 1 a 1 −atb = tb + ( kg / m 3 ) ρ' xtb ρ' A ρ' B [II - 183] Trong ®ã: ρ ' xtb : Khèi lỵng riªng trung b×nh ®èi víi pha láng (kg/m3) ρ ' A , ρ ' B : khèi lỵng riªng cđa Aceton và Benzen ë pha láng lÊy theo totb, (kg/m3) atb: phÇn khèi lỵng trung b×nh cđa cÊu tư 1 trong pha láng atb = a F + x1' 0,3 + 0,05 = = 0,175 phÇn khèi lỵng 2 2 Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn... 86,3 93,2 100 80, 78,3 76,4 72,8 69,6 66,7 64,3 62,4 60,7 59,6 58,8 56,1 t 1 Hình 1 - Đồ thị cân bằng pha lỏng hơi x,y - Axeton – Benzen Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 15 Hình 2 - Đồ thị t-x,y hệ Axeton - Benzen * Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp Rth: Từ xF = 0,366 (phần mol) trên biểu đồ ta kẻ đường thẳng song song với trục y, cắt đường cân bằng tại F, từ F kẻ song song... ngưng tụ có thành phần bằng thành phần của hơi đi ra ở đỉnh tháp - Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp 1 Phương trình cân bằng vật liệu Cơng thức liên hệ nồng độ phần mol và nồng độ phần khối lượng: x = aB MB Trong đó: aB MB 1− aB + MT aB, 1- aB - nồng độ phần khối lượng của Aceton và Benzen MA, MB - khối lượng mol phân tử của Aceton và Benzen Thay số liệu vào ta có : aF = 0,3 (phần khối lượng)... 1,3523.x − 0,0095 4,271 + 1 4,271 + 1 Hình vẽ số đĩa lý thuyết Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 18 Hình 4 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β = 1,4 ; B = 0,256 và Nlt =32 Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 19 Hình 5 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,5 ; B = 0,243 và Nlt = 29 Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10... thuyết tương ứng với β =1,6 ; B = 0,232 và Nlt = 27 Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 21 Hình 7 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,7 ; B = 0,221 và Nlt = 25 100 40 70 20 50 80 30 60 90 Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 22 Hình 8 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,8 ; B = 0,211 và Nlt = 24 Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp... Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,9 ; B = 0,202 và Nlt = 23 Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 24 Hình 10: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,0 ; B = 0,194 và Nlt = 22 Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10 25 Hình 11: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,1 ; B = 0,187 và Nlt = 21 Đồ án mơn QT&TB Sinh viên : Nguyễn Thị Canh - lớp CĐ-ĐH Hố 1-K10... 22,4.335,3 * Khèi lỵng riªng trung b×nh ®èi víi pha láng atb 1 − atb1 1 3 = 1 + ρ xtb ρ xtb1 ρ xtb2 , kg/m [II - 183] Trong ®ã: ρ x : khèi lỵng riªng trung b×nh cđa láng, kg/m3 ρ x , ρ x : khèi lỵng riªng trung b×nh cđa cÊu tư 1 (Aceton) vµ 2 (Benzen) cđa pha láng lÊy theo nhiƯt ®é trung b×nh, kg/m3 a tb : phÇn khèi lỵng trung b×nh cđa cÊu tư 1 trong pha láng a + a P 0,3 + 0,98 atb1 = F = = 0,64 phÇn khèi